Freios de aeronaves: o guia definitivo para freios de aviões

Se você está projetando uma aeronave que viaja em velocidades capazes de gerar voo sustentado, é lógico que você construiria algum tipo de meio para parar a referida aeronave quando ela retornar ao solo, certo?

Bem, não necessariamente. Embora a necessidade de freios em aeronaves pareça simples e autoexplicativa para nós agora, nos dias iniciais da aviação, as aeronaves não tinham sistema de frenagem, veja o Sopwith Camel, por exemplo.

Designers, construtores e pilotos confiavam em uma combinação das velocidades relativamente baixas das aeronaves da época, juntamente com o atrito gerado por campos de pouso macios e patins de cauda para diminuir e parar as aeronaves naturalmente.

Não foi senão depois da Primeira Guerra Mundial, à medida que as velocidades das aeronaves aumentaram e mais pistas pavimentadas surgiram, que esses sistemas de freio ganharam popularidade. Assim como outros sistemas de aeronaves, os freios em aeronaves continuaram a evoluir e melhorar ao longo do último século.

Juntos, vamos explorar a história dos freios. Esta é uma jornada fascinante que abrange mais de um século de avanços tecnológicos. Desde os humildes começos com um sistema de frenagem rudimentar até o sofisticado sistema de frenagem hidráulica usado em aeronaves modernas, a evolução dos freios em aeronaves tem sido fundamental para melhorar a segurança e o desempenho da aviação.

Vamos começar!

História dos Freios em Aeronaves

Muitos dos primeiros freios para aeronaves consistiam em uma única alavanca que transmitia mecanicamente a entrada do controle de freio através de cabos para freios a tambor localizados nas rodas principais e, às vezes, também na roda do nariz.

Todos os freios estavam ligados ao mesmo controlador, então todos eram aplicados ao mesmo tempo e com a mesma força. Como a entrada era transmitida manualmente, o sistema era ineficiente e só funcionava bem em aeronaves menores. Os tambores de freio também se desgastavam e precisavam ser substituídos relativamente rápido.

Outra variação de freios, popular entre as décadas de 1930 e 1950, eram os freios de tubo expansor. Este tipo de sistema de freio recebeu o nome do tubo de neoprene plano, reforçado com tecido, cuja superfície era coberta com um tipo de material de revestimento de freio chamado blocos de freio.

O tubo era encaixado dentro de um tambor de freio de ferro e continha um bico de metal através do qual o fluido hidráulico pressurizado entrava quando os freios eram ativados. À medida que o fluido expandia o tubo, os blocos de freio pressionavam o tambor, causando atrito e diminuindo a velocidade da roda.

No geral, os freios de tubo expansor funcionavam razoavelmente bem, no entanto, seu desempenho em climas frios era menos do que ideal, e em altas temperaturas eles eram propensos a inchar e vazar, arrastando-se dentro do tambor depois que os freios eram liberados.

Essas opções originais eram melhores do que nada, mas claramente era necessário um sistema de freio de aeronave aprimorado.

Sistemas Modernos de Frenagem de Aeronaves

Hoje, a entrada de frenagem da aeronave é principalmente transmitida hidraulicamente, com bombas hidráulicas fornecendo a pressão de fluido necessária para suportar os extensos sistemas de freios em grandes aeronaves. Em vez de um único controle de alavanca que aplica pressão igual a ambos os freios simultaneamente, os pilotos usam controles de freio operados individualmente pelos pés, localizados na parte superior dos pedais do leme.

Um controle opera o freio da roda principal esquerda e o outro opera o freio da roda principal direita. As rodas do nariz e da cauda não possuem freios. Essa configuração de controle de freio individual oferece mais funcionalidade, pois os freios das rodas principais esquerda e direita podem ser aplicados separadamente e em graus variados.

Os pilotos de hoje podem usar essa capacidade de frenagem diferencial a seu favor ao manobrar a aeronave no solo.

A ativação de freio hidráulico pode ser a mais comum agora, mas olhando para o futuro, espere que mais aeronaves façam a transição para sistemas de frenagem ativados eletricamente e mais leves. Isso eliminará a necessidade de sistemas e bombas de fluido hidráulico volumosos.

Os freios do tipo tambor que eram predominantes até a década de 1950 foram substituídos por freios a disco mais eficientes e eficazes. Em um freio a disco, o conjunto da roda que gira e o disco ou rotor de freio giram juntos. Quando os freios são aplicados, uma pinça de freio estacionária resiste à rotação e cria atrito contra o disco, diminuindo assim a velocidade da aeronave.

A composição do material, a configuração e o tipo de freios a disco variam dependendo do peso da aeronave, tamanho e velocidade de pouso.

Composição

Os rotores dos freios a disco são, na maioria das vezes, feitos de ferro ou aço. O problema, especialmente para aeronaves maiores e mais pesadas, é que, quando ativados, os freios estão sujeitos a altos níveis de energia cinética e ao calor resultante. Os freios de aço e ferro começarão a "desbotar" e perder eficiência à medida que sua temperatura aumenta. Eles também são relativamente pesados.

Para reduzir o peso e melhorar a eficiência dos freios em aeronaves grandes e de alto desempenho, os projetistas têm feito a transição para a fibra de carbono. Esta nova e aprimorada construção oferece melhor desempenho em altas temperaturas, ao mesmo tempo em que diminui o peso total do sistema de freios da aeronave. Na verdade, os freios de fibra de carbono são aproximadamente 40% mais leves do que os freios a disco padrão de ferro ou aço.

Isso significa uma economia de peso potencial de várias centenas de libras em grandes aeronaves. Os benefícios térmicos são impressionantes. A fibra de carbono pode suportar 2-3 vezes mais calor do que o aço. Um rotor de fibra de carbono também pode dissipar o calor residual mais rapidamente do que seu equivalente de aço. Finalmente, a composição de fibra de carbono é mais forte e mais resiliente. Pode manter suas dimensões mesmo em temperaturas muito altas.

Do ponto de vista da longevidade e manutenção, outro benefício chave da fibra de carbono sobre o aço é que o freio de fibra de carbono dura cerca de 20-50% mais.

À medida que a tecnologia melhora e o preço da fibra de carbono diminui, espere ver este tipo de freio se tornar ainda mais difundido.

Tipo

Os sistemas de freio modernos vêm em 4 tipos principais, dependendo do tamanho, peso e velocidade da sua aeronave:

Disco Único

Esses tipos de discos de freio são menores, aeronaves mais leves terão freios a disco único em uma configuração fixa ou flutuante. Com um freio a disco único, a pressão hidráulica empurra contra pistões localizados em uma pinça não rotativa. Esses pistões pressionam as pastilhas de freio contra ambos os lados do disco, criando níveis uniformes de atrito e diminuindo a velocidade da aeronave.

Em uma configuração de freio a disco único flutuante, o atrito é gerado por lonas ou sapatas de freio. Metade está localizada na parte interna da pinça de freio e metade na parte externa. As sapatas internas são estacionárias, enquanto as sapatas externas se movem com os pistões. O disco de freio flutua lateralmente entre esses conjuntos de sapatas. Quando os freios são aplicados, as sapatas externas entram em contato com o disco, o disco desliza para dentro e as sapatas internas também fazem contato para diminuir a velocidade da roda.

Em uma configuração de disco único fixo, o disco é aparafusado à roda e apenas a pinça e as lonas de freio flutuam lateralmente dependendo da pressão que está sendo aplicada. Quando os freios são aplicados, as lonas se movem em direção ao disco e fazem contato para diminuir a velocidade da roda.

Disco Duplo

Se o atrito gerado por um freio a disco único não for suficiente para parar a aeronave, um segundo disco é adicionado à configuração. Isso é chamado de configuração de disco duplo. Em um sistema de freio a disco duplo, cada roda tem dois discos em vez de um. Os discos são conectados por um suporte central com revestimentos em cada lado. Quando os freios são aplicados, os revestimentos do suporte central entram em contato com ambos os discos e diminuem a velocidade da roda.

Disco Múltiplo

Aeronaves grandes e pesadas precisam de algo ainda mais potente do que um sistema de disco duplo. Essas aeronaves usam um sistema de freio a disco múltiplo, construído sobre um suporte de rolamento estendido. O suporte contém uma série de estatores de aço alternados e discos revestidos de cobre ou bronze. Os estatores são um tipo de placa plana coberta com material de revestimento de freio desgastável, projetado para pressionar contra os rotores. A pressão hidráulica no pistão comprime todo o conjunto, gerando altos níveis de atrito e calor para diminuir a rotação da roda. Este sistema é acoplado a cilindros mestres de reforço de potência ou válvulas de controle de freio de potência.

O problema com o sistema de disco múltiplo é que os rotores e estatores são finos e aquecem rapidamente. Como também são ineficientes na dissipação de calor, o calor residual os torna propensos a empenar.

Rotor Segmentado

A opção de próxima geração para sistemas de frenagem em aeronaves grandes, pesadas e de alto desempenho são os freios a disco de rotor segmentado. Estes são uma variação do sistema de disco múltiplo, mas com algumas modificações e atualizações importantes para controlar o acúmulo de calor e auxiliar em sua dissipação.

Os rotores de freio em um sistema de freio a disco de rotor segmentado possuem revestimentos de freio de alta fricção fixos que entram em contato com os rotores para diminuir a velocidade da roda. Em vez de serem um disco sólido e plano, os rotores de um sistema segmentado possuem fendas ou espaços segmentados cortados neles para permitir que o calor tenha uma via de escape. Os recortes também ajudam a prevenir ou reduzir o potencial de empenamento em condições de alta temperatura.

Este tipo de sistema de frenagem de aeronaves tornou-se padrão em aeronaves de transporte aéreo e de alto desempenho.

Problemas mais comuns com os freios em aeronaves

Os freios modernos estão se tornando cada vez mais confiáveis e de baixa manutenção. É claro que, mesmo em condições normais de voo, seus freios estão sujeitos a estresse extremo. Isso pode causar danos, desgaste e possíveis avarias.

Os problemas de freio mais comuns que você pode encontrar incluem:

Vibração

Seus freios podem gerar um ruído vibratório ou até mesmo um guincho se o revestimento do freio não estiver pressionando suave e uniformemente contra o disco de freio. Essa pressão desigual pode ser resultado de um disco empenado ou de um desalinhamento.

Arrasto

Quando você solta o pedal do freio, deve sentir a roda começar a se mover livremente à medida que os revestimentos do freio se retraem completamente do disco de freio. Se houver uma sensação de arrasto residual, isso pode ser causado por um mau funcionamento do mecanismo de retorno, uma mola de retorno fraca, um disco empenado ou ar na linha do fluido de freio. Se você estiver sentindo o arrasto do freio e o técnico não conseguir encontrar nenhum outro problema, mas a temperatura estiver alta, o técnico provavelmente recomendará sangrar os freios para remover o excesso de pressão causado pelo ar quente. Isso deve resolver o problema de arrasto.

Superaquecimento

O último problema comum com os freios de aeronaves é o superaquecimento. Embora, como piloto, você seja ensinado a usar os freios de forma a evitar a geração de calor excessivo, situações como decolagens abortadas ou outras manobras de alta frenagem podem colocar uma tensão severa em seus freios e fazer com que eles superaqueçam. Se seus freios foram submetidos a uma situação de superaquecimento, eles devem ser cuidadosamente inspecionados por um técnico licenciado para verificar se há danos.

Conclusão

Embora não fossem considerados necessários para as primeiras aeronaves, os freios são um componente vital para as aeronaves modernas. O sistema de freios da aeronave continuou a evoluir ao longo do último século com novos materiais e designs que ajudam a desacelerar até as maiores e mais rápidas aeronaves.

Entre os elementos-chave estão os freios de pé, que permitem um controle preciso durante as manobras de táxi e pouso.

Além disso, o sistema antiderrapagem, integrado ao sistema de freios, desempenha um papel crucial na prevenção de derrapagens e na manutenção da tração ideal na pista, especialmente em condições climáticas adversas.

Embora a maioria dos detalhes seja deixada para os mecânicos, como em todos os sistemas-chave de nossas aeronaves, é prudente ter uma compreensão básica de que tipo de sistema de freios temos, como ele funciona e os problemas potenciais que podemos encontrar na cabine.

Compreender o funcionamento dos freios de pé e do sistema antiderrapagem capacita os pilotos a tomar decisões informadas e garante pousos mais seguros em várias situações desafiadoras.